التعلم الآلي يُحدث مفاجأة COVID

يمكن اختزال زيارة المستشفى إلى مرض أولي ونتيجة. لكن السجلات الصحية تحكي قصة مختلفة ، مليئة بملاحظات الأطباء وتاريخ المرضى ، والعلامات الحيوية ونتائج الاختبارات ، والتي من المحتمل أن تمتد لأسابيع من الإقامة. في الدراسات الصحية ، يتم ضرب كل هذه البيانات بمئات المرضى. لا عجب إذن أنه مع نمو تقنيات معالجة بيانات الذكاء الاصطناعي بشكل متزايد ، يتعامل الأطباء مع الصحة على أنها مشكلة تتعلق بالذكاء الاصطناعي والبيانات الضخمة.

في أحد الجهود الحديثة ، طبق الباحثون في جامعة نورث وسترن التعلم الآلي على السجلات الصحية الإلكترونية لإنتاج تحليل يومي أكثر دقة للالتهاب الرئوي في وحدة العناية المركزة (ICU) ، حيث تلقى المرضى المساعدة في التنفس من أجهزة التنفس الصناعي. التحليل ، الذي نُشر في 27 أبريل في جريدة مجلة التحقيقات السريرية، يتضمن تجميع أيام المريض من خلال التعلم الآلي ، مما يشير إلى أن فشل الجهاز التنفسي على المدى الطويل وخطر الإصابة بعدوى ثانوية أكثر شيوعًا في مرضى COVID-19 من موضوع مخاوف COVID المبكرة – عواصف السيتوكين.

قال بنجامين دي سينجر ، وهو مؤلف مشارك وأستاذ مشارك في كلية فاينبيرج للطب بجامعة نورث وسترن: “معظم الطرق التي تقترب من تحليل البيانات في وحدة العناية المركزة تنظر إلى البيانات من المرضى عند قبولهم ، ثم النتائج في وقت ما بعيدًا”. “كل شيء في المنتصف هو صندوق أسود.”

يكمن الأمل في أن يتمكن الذكاء الاصطناعي من التوصل إلى نتائج سريرية جديدة من بيانات حالة المريض اليومية لوحدة العناية المركزة بما يتجاوز دراسة حالة COVID-19.

أدى النهج اليومي للبيانات الباحثين إلى نتيجتين مرتبطتين: التهابات الجهاز التنفسي الثانوية هي تهديد شائع لمرضى وحدة العناية المركزة ، بما في ذلك المصابين بـ COVID-19 ؛ وارتباط قوي بين COVID-19 وفشل الجهاز التنفسي ، والذي يمكن تفسيره على أنه نقص غير متوقع في الأدلة على عواصف السيتوكين في مرضى COVID-19. قد يكون من المتوقع حدوث تحول نهائي إلى فشل أعضاء متعددة إذا كان لدى المرضى استجابة خلوية التهابية ، والتي لم يجدها الباحثون. تختلف المعدلات المبلغ عنها ، لكن العواصف الخلوية منذ الأيام الأولى للوباء تعتبر احتمالًا خطيرًا في حالات COVID-19 الشديدة.

تم تشخيص حوالي 35 في المائة من المرضى بأنهم مصابون بعدوى ثانوية ، تُعرف أيضًا باسم الالتهاب الرئوي المرتبط بأجهزة التنفس الصناعي (VAP) ، في مرحلة ما أثناء إقامتهم في وحدة العناية المركزة. أكثر من 57 بالمائة من مرضى COVID-19 طوروا VAP ، مقارنة بـ 25 بالمائة من المرضى غير المصابين بـ COVID. تم الإبلاغ عن نوبات VAP متعددة لما يقرب من 20 بالمائة من مرضى COVID-19.

قالت كاثرين جاو ، أستاذة الطب في جامعة نورث وسترن وأحد المؤلفين المشاركين في الدراسة ، إن خوارزميات التعلم الآلي التي استخدموها ساعدت الباحثين على “رؤية ظهور أنماط واضحة تجعلها منطقية إكلينيكية”. أطلق الفريق على نهج التعلم الآلي الذي يركز على اليوم اسم CarpeDiem ، بعد العبارة اللاتينية التي تعني “اغتنم اليوم”.

تم إنشاء CarpeDiem باستخدام منصة Jupyter Notebook ، وقد أتاح الفريق كل من الكود والبيانات غير المحددة الهوية. تضمنت مجموعة البيانات 44 معيارًا سريريًا مختلفًا لكل يوم مريض ، وأعادت طريقة التجميع 14 مجموعة بتوقيعات مختلفة لستة أنواع من اختلال وظائف الأعضاء: الجهاز التنفسي ، وعدم استقرار جهاز التنفس الصناعي ، والالتهابات ، والكلية ، والعصبية ، والصدمة.

“لقد ركز المجال على فكرة أنه يمكننا النظر في البيانات المبكرة ومعرفة ما إذا كان ذلك يتنبأ بالكيفية [patients] قال سينغر. وقال إن الأمل هو أن البحث الذي يستخدم حالة المريض اليومية لوحدة العناية المركزة بدلاً من مجرد بضع نقاط زمنية يمكن أن يخبر المحققين – وخوارزميات التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي التي يستخدمونها – بالمزيد حول فعالية العلاجات المختلفة أو الاستجابات للتغيرات في المريض. حالة. قال سينغر إن أحد التوجهات البحثية المستقبلية سيكون فحص زخم المرض.

قال سايون دوتا ، طبيب الطوارئ في مستشفى ماساتشوستس العام الذي يساعد في تطوير نماذج تنبؤية للممارسة السريرية ، إن التقنية التي طورها الباحثون (والتي أطلقوا عليها “نهج يوم المريض”) قد تلتقط تغييرات أخرى في الحالات السريرية مع وقت أقل بين نقاط البيانات. باستخدام التعلم الآلي ولم يشارك في الدراسة. وقال إن البيانات كل ساعة يمكن أن تقدم مشاكلها الخاصة لنهج التجميع ، مما يجعل من الصعب التعرف على الأنماط. “أعتقد أن تقسيم اليوم إلى أجزاء من 8 ساعات بدلاً من ذلك قد يكون حل وسط جيد من التفصيل والأبعاد ،” قال.

دعوات لدمج تقنيات جديدة لتحليل الكميات الكبيرة من البيانات الصحية لوحدة العناية المركزة التي سبقت جائحة COVID-19. يمكن استخدام التعلم الآلي أو المناهج الحسابية على نطاق أوسع في وحدة العناية المركزة بعدة طرق ، وليس فقط في الدراسات القائمة على الملاحظة. يمكن أن تستخدم التطبيقات الممكنة السجلات الصحية اليومية ، فضلاً عن البيانات في الوقت الفعلي المسجلة بواسطة أجهزة الرعاية الصحية ، أو تتضمن تصميم آلات سريعة الاستجابة تتضمن مجموعة من المعلومات المتاحة.

كانت معدلات الوفيات الإجمالية حوالي 40 في المائة في كل من المرضى الذين أصيبوا بعدوى ثانوية والذين لم يصابوا بها. ولكن من بين مرضى الدراسة الذين يعانون من حالة واحدة مشخصة من VAP ، إذا لم يتم علاج الالتهاب الرئوي الثانوي لديهم بنجاح في غضون 14 يومًا ، فقد توفي 76.5 بالمائة في النهاية أو تم إرسالهم إلى رعاية المسنين. وكان المعدل 17.6٪ بين أولئك الذين تم علاجهم من الالتهاب الرئوي الثانوي. تضمنت المجموعتان ما يقرب من 50 مريضًا.

يؤكد سنجر أن خطر الإصابة بالالتهاب الرئوي الثانوي عادة ما يكون ضروريًا. “جهاز التنفس الصناعي ينقذ الحياة تمامًا في هذه الحالات. وقال “إن الأمر متروك لنا لمعرفة أفضل السبل للتعامل مع المضاعفات التي تنشأ عن ذلك”. “عليك أن تكون على قيد الحياة لتجربة المضاعفات.”